大張莊泵站監(jiān)控系統(tǒng)信息化改造及應(yīng)用

五、大張莊泵站監(jiān)控系統(tǒng)信息化改造及應(yīng)用李鵬中國(guó)水利水電科學(xué)研究院自動(dòng)化研究所[摘要]本文介紹大張莊泵站監(jiān)控系統(tǒng)信息化改造及應(yīng)用。該系統(tǒng)是按“無(wú)人值班〞(少人值守)的原那么設(shè)計(jì)，采用可編程邏輯控制器(PLC)直接接入以太網(wǎng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)已于2001年5月全部投運(yùn)。[關(guān)鍵詞]大張莊泵站、監(jiān)控系統(tǒng)、以太網(wǎng)1．引言大張莊泵站位于天津市北辰區(qū)大張莊村東800米，永定新河的北岸，是引灤入津工程輸水終點(diǎn)的提升泵站。站內(nèi)安裝5臺(tái)18CJ-63型液壓全調(diào)葉片軸流泵，單泵流量10m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程6.3米大張莊泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用中國(guó)水利水電科學(xué)研究院自動(dòng)化研究所最新開(kāi)發(fā)的H9000V3.0系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全廠機(jī)組和公用系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)視及控制和消費(fèi)過(guò)程管理，實(shí)現(xiàn)了與8套35KV高壓保護(hù)裝置、11臺(tái)6KV低壓保護(hù)裝置和5臺(tái)泵勵(lì)磁系統(tǒng)的串行通訊監(jiān)視及控制，形成了一個(gè)完好的開(kāi)放型以太網(wǎng)分層分布的泵站實(shí)時(shí)閉環(huán)過(guò)程控制系統(tǒng)，進(jìn)步了平安消費(fèi)與自動(dòng)化管理程度。本文首先介紹大張莊泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)造與配置，然后介紹該系統(tǒng)的主要功能、特點(diǎn)及其在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況。2．系統(tǒng)構(gòu)造及配置系統(tǒng)采用分布式開(kāi)放以太網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)造，由廠級(jí)監(jiān)控層以及現(xiàn)地控制層構(gòu)成。系統(tǒng)通過(guò)10/100MB快速光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，其容量大，速度快，實(shí)時(shí)性、開(kāi)放性俱佳。系統(tǒng)硬件配置如下：兩臺(tái)主機(jī)兼操作員工作站，采用美國(guó)康柏公司的COMPAQAP200/750系列產(chǎn)品構(gòu)成雙機(jī)熱備系統(tǒng)，各配有兩臺(tái)21”高密彩顯(1600×1200)，帶鍵盤(pán)、鼠標(biāo)及CD-ROM。一臺(tái)語(yǔ)音報(bào)警工作站，采用COMPAQAP200/550系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，并支持查詢及啟動(dòng)BP機(jī)傳呼系統(tǒng)；同時(shí)實(shí)現(xiàn)與模擬屏進(jìn)展數(shù)據(jù)通訊。一臺(tái)串口通訊工作站，采用COMPAQAP200/550系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)與35kV保護(hù)系統(tǒng)、6kV保護(hù)系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)展串口數(shù)據(jù)通訊。站級(jí)系統(tǒng)裝備兩臺(tái)SANTAK3kVA在線式UPS。兩臺(tái)打印機(jī)，一臺(tái)Epson1600KⅢ打印機(jī)；一臺(tái)HPLJ5000LE激光打印機(jī)。現(xiàn)地控制單元由6套盤(pán)柜構(gòu)成。5臺(tái)泵和公用系統(tǒng)各配置一套現(xiàn)地控制單元(LCU〕，由施耐德電氣公司消費(fèi)的Premium系列可編程控制器構(gòu)成，可編程邏輯控制器采用H9000V3.0版的方式直接聯(lián)入以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)總線設(shè)備。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括Cisco2924M交換機(jī)、以太網(wǎng)光纖介質(zhì)、光電轉(zhuǎn)換器等輔助設(shè)備。操作員工作站、語(yǔ)音報(bào)警工作站和通訊工作站均采用WindowsNT操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為T(mén)CP/IP。監(jiān)控系統(tǒng)的全部計(jì)算機(jī)都直接接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，可編程控制器直接聯(lián)入以太網(wǎng)，使系統(tǒng)獲得高速通訊才能和資源共享才能。LCU的信息可直接在上位機(jī)工作站的CRT上顯示，控制命令可直接由工作站下達(dá)給各LCU，不需經(jīng)其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)上接入的每一個(gè)設(shè)備都具有自己特定的功能，實(shí)現(xiàn)功能的分布。即提供了某個(gè)設(shè)備故障只影響部分功能的優(yōu)點(diǎn)，又利于今后的功能擴(kuò)大。為了滿足系統(tǒng)“無(wú)人值班〞(少人值守)對(duì)系統(tǒng)可靠性的要求，整個(gè)系統(tǒng)的重要設(shè)備采用冗余技術(shù)，如主控/操作員工作站熱備技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)冗余技術(shù)等。3．系統(tǒng)功能大張莊泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象包括五臺(tái)泵、公用系統(tǒng)、35kV系統(tǒng)、6kV系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)等設(shè)備，系統(tǒng)具有如下功能：(1)數(shù)據(jù)采集和處理各臺(tái)LCU對(duì)全廠主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)定時(shí)的進(jìn)展采集，并作必要的預(yù)處理后，存于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)畫(huà)面顯示、制表打印及完成各種計(jì)算、控制等功能時(shí)使用。對(duì)于所有數(shù)據(jù)采集輸入點(diǎn)，可以通過(guò)人機(jī)聯(lián)絡(luò)設(shè)置掃查投入與退出、報(bào)警制止與使能、參數(shù)限值修改等。(2)事件報(bào)警事件報(bào)警分辨率<5ms，報(bào)警方式：順序顯示和打印語(yǔ)句，登錄動(dòng)作設(shè)備器件名稱(chēng)、內(nèi)容及時(shí)間。事故報(bào)警時(shí)，發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信息。對(duì)相關(guān)模擬量作追憶記錄。(3)實(shí)時(shí)控制與調(diào)節(jié)根據(jù)運(yùn)行方式選擇，可由中控室運(yùn)行人員通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出各種消費(fèi)過(guò)程的控制及調(diào)節(jié)命令，監(jiān)視操作的全部流程，如水泵開(kāi)停、葉角調(diào)節(jié)及斷路器分合等自動(dòng)操作，對(duì)低壓斷路器、高壓斷路器以及變壓器分接頭升降的控制和對(duì)勵(lì)磁電流、功率因數(shù)的調(diào)節(jié)。(4)平安運(yùn)行監(jiān)視中控室值班運(yùn)行人員借助監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面，監(jiān)視泵站的消費(fèi)過(guò)程和運(yùn)行情況，各點(diǎn)參數(shù)及其變化趨勢(shì)和設(shè)備狀態(tài)，在運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變更時(shí)能及時(shí)進(jìn)展分析和處理。當(dāng)發(fā)惹事故或某些重要故障時(shí)，那么自動(dòng)轉(zhuǎn)入事故、故障顯示，并推出相應(yīng)事故、故障環(huán)境畫(huà)面。當(dāng)進(jìn)展某項(xiàng)設(shè)備操作時(shí)，自動(dòng)推出相應(yīng)操作控制畫(huà)面與過(guò)程監(jiān)視畫(huà)面。(5)模擬光字牌在上位機(jī)工作站以畫(huà)面形式模擬光字牌。當(dāng)機(jī)組發(fā)生緊急停機(jī)的事件時(shí)，系統(tǒng)工作站的輔屏?xí)詣?dòng)推出光字牌，供泵站運(yùn)行人員分析緊急停機(jī)原因。(6)語(yǔ)音報(bào)警、自動(dòng)報(bào)警及查詢運(yùn)行人員可對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)展設(shè)置語(yǔ)音報(bào)警點(diǎn)設(shè)置，當(dāng)發(fā)惹事故時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)可以進(jìn)展語(yǔ)音報(bào)警和自動(dòng)報(bào)警，自動(dòng)報(bào)警可順序設(shè)置假設(shè)干個(gè)號(hào)碼或?qū)ず魴C(jī)號(hào)碼。事故發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)置情況發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信息，自動(dòng)啟動(dòng)和傳呼系統(tǒng)進(jìn)展報(bào)警；系統(tǒng)還提供查詢功能，可通過(guò)查詢當(dāng)前泵站設(shè)備運(yùn)行情況。(7)系統(tǒng)通信管理通過(guò)以太網(wǎng)連接的各設(shè)備間的通訊：作為網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)之一的各工作站同時(shí)從以太網(wǎng)接收各LCU發(fā)送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以保證所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)性和獨(dú)立性；下行控制命令由擁有控制權(quán)的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)設(shè)備發(fā)出，直接發(fā)送至相應(yīng)的LCU節(jié)點(diǎn)。串口通訊工作站采用串行通訊方式，并運(yùn)用各種規(guī)約，實(shí)現(xiàn)了與泵站以下系統(tǒng)之間的通信：①與35kV保護(hù)系統(tǒng)之間的通信，采用RS422接口及IEC-103規(guī)約；②與6kV保護(hù)系統(tǒng)之間的通信，采用RS232接口及CDT91規(guī)約；③與勵(lì)磁系統(tǒng)之間的通信，采用RS422接口。(8)系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)功能是實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班〞(少人值守)的重要條件，系統(tǒng)是由多個(gè)設(shè)備構(gòu)成，每個(gè)設(shè)備不僅進(jìn)展內(nèi)部自檢，還進(jìn)展互檢，形成系統(tǒng)檢測(cè)診斷報(bào)告，并將異常情況及時(shí)報(bào)警，通知運(yùn)行或值守人員，以便及時(shí)進(jìn)展處理，并對(duì)某些異常情況進(jìn)展自動(dòng)隔離與自恢復(fù)處理。以保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。(9)系統(tǒng)受權(quán)管理系統(tǒng)對(duì)不同的用戶如系統(tǒng)管理員、運(yùn)行操作員、一般監(jiān)視人員建立用戶，進(jìn)展受權(quán)管理，如運(yùn)行操作員具有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作控制權(quán)。系統(tǒng)管理員可進(jìn)展系統(tǒng)受權(quán)管理。(10)系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理操作員工作站定時(shí)向各計(jì)算機(jī)發(fā)送時(shí)間同步信號(hào)，校對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)時(shí)間同步。(11)雙機(jī)檢測(cè)與切換兩臺(tái)操作員工作站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互相檢測(cè)對(duì)方的工作狀況，一旦檢測(cè)到軟硬件故障，那么立即根據(jù)故障嚴(yán)重程度和對(duì)方機(jī)器工作情況進(jìn)展決策，確定是否進(jìn)展雙機(jī)主控備用切換；假如檢測(cè)到某機(jī)器的監(jiān)控系統(tǒng)退出，那么退出的操作員工作站標(biāo)志退出，未退出的操作員工作站自動(dòng)切換為主控。另外通過(guò)人機(jī)界面也可進(jìn)展手動(dòng)切換。(12)運(yùn)行日志、消費(fèi)報(bào)表打印監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)形成日?qǐng)?bào)表及月報(bào)表，可通過(guò)操作員站進(jìn)展打印。(13)LCU的主要功能每臺(tái)LCU與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，作為系統(tǒng)的一部分，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)指定的功能。而當(dāng)與系統(tǒng)脫離時(shí)，那么能獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)LCU的現(xiàn)地監(jiān)控功能。LCU的主要功能如下：①各種數(shù)據(jù)采集功能。②網(wǎng)絡(luò)通訊功能。③LCU現(xiàn)地操作功能。LCU盤(pán)柜設(shè)置了開(kāi)泵、停泵、緊急停泵、事故復(fù)歸、開(kāi)輔機(jī)、停輔機(jī)、遠(yuǎn)方/現(xiàn)地等操作按鈕、開(kāi)關(guān)及顯示水泵和輔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的顯示燈等?？蓪?shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地手動(dòng)開(kāi)停機(jī)、緊急停泵及開(kāi)停輔機(jī)等操作。④各種控制功能。包括各臺(tái)泵開(kāi)停機(jī)順控功能，葉角調(diào)節(jié)功能，以及斷路器控制和風(fēng)、水、油等輔助設(shè)備的控制功能等。4．系統(tǒng)的特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況(1)系統(tǒng)功能完善該系統(tǒng)具有完善的泵站監(jiān)測(cè)和控制功能，滿足全廠平安監(jiān)視、控制調(diào)節(jié)及消費(fèi)管理等多方面的要求。利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)停機(jī)和調(diào)節(jié)功能將泵站的自動(dòng)化程度進(jìn)步到新階段。(2)技術(shù)先進(jìn)，設(shè)備平安可靠系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性、先進(jìn)性和可移植性，各項(xiàng)性能指標(biāo)到達(dá)或超過(guò)了?水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根本技術(shù)條件?DL/T578-95電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。很好地滿足了該泵站的運(yùn)行要求。(3)減輕泵站運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)步平安運(yùn)行程度減輕了泵站運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)步勞動(dòng)消費(fèi)率及泵站的平安運(yùn)行程度，為泵站減人增效創(chuàng)造了先決條件。(4)為實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班〞(少人值守)奠定了根底大張莊泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)工程的施行，進(jìn)一步進(jìn)步了全廠消費(fèi)自動(dòng)化程度，為實(shí)現(xiàn)泵站“無(wú)人值班〞(少人值守)奠定了根底，具有非常高的推廣應(yīng)用價(jià)值。該系統(tǒng)自2001年4月開(kāi)場(chǎng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段，并于2001年5月全部投運(yùn)。自投運(yùn)以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行平安無(wú)誤，確保了天津市城市供水工作的正常進(jìn)展。5．完畢語(yǔ)通過(guò)大張莊泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的晉級(jí)改造及應(yīng)用，有效地進(jìn)步了泵站的綜合自動(dòng)化程度，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在引灤入津工程沿線各級(jí)泵站中獲得了一致好評(píng)，并為今后灌區(qū)提水泵站及城市供水泵站的自動(dòng)化工程提供了良好的借鑒作用。Abstract TheH9000V3.0computermonitoringandcontrolsystemofDaZhangzhuangPumpstationisdesignedaccordingtotheprincipleof“unattendedpowerplant〞.Itisrealizedbyprogrammablelogicalcontroller(PLC)connecteddirectlyintotheethernet.Thispaperintroducesthestructuresandfunctionsofthesystemanditsapplication.

附圖大張莊泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)造配置圖雙絞線21’CRT1280×1024KB21’CRT1280×1024HPLJ5000LE操作員工作站BCompaqAP200/750MHz256MB10GBCD-ROM操作員工作站ACompaqAP200/750MHz256MB10GBCD-ROMEpsonLQ1600KⅢ21’CRT1280×1024KB21’CRT1280×1024雙絞線串口通訊工作雙絞線21’1280×1024KB21’1280×1024HPLJ5000LE操作員工作站BCompaqAP200/750MHz256MB10GBCD-ROM操作員工作站ACompaqAP200/750MHz256MB10GBCD-ROMEpsonLQ1600KⅢ21’1280×1024KB21’1280×1024雙絞線串口通訊工作工作站CompaqAP200/550MHz128MB10GBCD-ROM八串口MOXA卡17’1280×1024KB35kV保護(hù)系統(tǒng)6kV保護(hù)系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)雙絞線光纖送模擬屏KB17’1280×1024